Что такое дрейф электронов

Дрейф электронов под действием внешнего поля

При приложении к проводнику электрического поля Е в нем возникает электрический ток, плотность которого согласно закону Ома пропорциональна E:

(5.1)

ρ =1/σ (5.2)

Возникновение тока в проводнике свидетельствует о том, что под действием поля электроны приобретают направленное движение, и функция распределения их по состояниям изменяется. Такое направленное движение называют дрейфом электронов, а среднюю скорость этого движения — скоростью дрейфа v_Д. Вычислим ее.

, (5.3)

m_n — эффективная масса электрона.

Используя (5.3), уравнение направленного движения электрона в решетке можно записать в следующем виде:

(5.3′)

Из (5.3′) видно, что после включения поля скорость направленного движения электронов будет возрастать и они будут двигаться ускоренно до тех пор, пока сила сопротивления , пропорциональная скорости v_Д(t), не окажется равной силе , действующей со стороны поля. Когда эти силы сравняются, результирующая сила, действующая на электрон, и ускорение его движения будут равны нулю.

Начиная с этого момента, направленное движение электронов будет совершаться с постоянной скоростью

(5.4)

Так как заряд электрона отрицателен, то дрейф происходит в направлении, противоположном .

Отношение скорости дрейфа к напряженности поля называют подвижностью носителей:

(5.5)

Подобная картина имела бы место при движении свободных электронов сквозь идеально правильную решетку со строго периодическим потенциалом. Электронная волна, описывающая поведение электрона в такой решетке, распространялась бы в ней практически без ослабления, подобно световой волне, распространяющейся в оптически прозрачной среде.

Причиной появления конечного электрического сопротивления являются всевозможные нарушения решетки, вызывающие искажения периодичности ее потенциала, на которых происходит рассеяние электронных волн и ослабление направленного потока электронов подобно рассеянию световых волн и ослаблению светового пучка при прохождении его через мутную среду.

Источник

дрейф электронов

Смотреть что такое «дрейф электронов» в других словарях:

дрейф электронов — elektronų dreifas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electron drift vok. Elektronenwanderung, f rus. дрейф электронов, m pranc. déplacement d’électrons, m … Fizikos terminų žodynas

Дрейф — означает медленное постоянное перемещение чего либо. В частности: Дрейф судна: Смещение (снос) судна с линии курса под влиянием ветра. Дрейф характеризуется углом между линией пути и линией истинного курса, для измерения этой величины применяется … Википедия

Дрейф (фильм) — Дрейф означает медленное постоянное перемещение чего либо. В частности: Дрейф судна: Смещение (снос) судна с линии курса под влиянием ветра. Дрейф характеризуется углом между линией пути и линией истинного курса, для измерения этой величины… … Википедия

ДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ — в плазме, относительно медленное направленное перемещение заряж. ч ц (эл нов и ионов) под действием разл. причин, налагающихся на осн. движение (закономерное или беспорядочное). Напр., осн. движение заряж. ч цы в однородном магн. поле в… … Физическая энциклопедия

дрейф заряженных частиц — медленное (по сравнению с тепловым движением) направленное движение заряженных частиц (электронов, ионов и т. д.) в среде под внешним воздействием, например электрических полей. * * * ДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, медленное (по … Энциклопедический словарь

ДРЕЙФ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА — упорядоченное движение подвижных носителей заряда в твёрдом теле под действием внеш. полей. Д. н. з. накладывается на их беспорядочное (тепловое) движение, но скорость Д. н. з. vдр обычно мала по сравнению со скоростью теплового движения. Под… … Физическая энциклопедия

ДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ — медленное (по сравнению с тепловым движением) направленное движение заряженных частиц (электронов, ионов и т. д.) в среде под внешним воздействием, напр. электрических полей … Большой Энциклопедический словарь

ДРЕЙФ — (1) относительно медленное изменение состояния чего либо; (2) снос судна или самолёта от намеченного курса под влиянием ветра или течения; (3) движение чего либо (корабля, льдов), вызванное течением; (4) Д. носителей заряда обусловленное… … Большая политехническая энциклопедия

ДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ — медленное (по сравнению с тепловым движением) направленное движение заряженных частиц (электронов, ионов и т. д.) в среде под внеш. воздействием, напр. электрич. полей … Естествознание. Энциклопедический словарь

СВЕТОИНДУЦИРОВАННЫЙ ДРЕЙФ — газов и газоподобных сред относит … Физическая энциклопедия

ГЕОМАГНЕТИЗМ — земной магнетизм, магнитное поле Земли и околоземного космического пространства. Земля обладает магнитным полем дипольного типа, как будто бы в ее центре расположен гигантский полосовой магнит. Конфигурация этого поля медленно изменяется,… … Энциклопедия Кольера

Источник

ДРЕЙФ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

Полезное

Смотреть что такое «ДРЕЙФ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА» в других словарях:

дрейф носителей заряда — krūvininkų slinkis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Krūvininkų judėjimas elektriniame lauke. atitikmenys: angl. charge carrier drift vok. Ladungsträgerdrift, f; Trägerdrift, f; Trägerwanderung, f rus. дрейф носителей… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

дрейф носителей заряда — krūvininkų slinkis statusas T sritis chemija apibrėžtis Krūvininkų judėjimas elektriniame lauke. atitikmenys: angl. charge carrier drift rus. дрейф носителей заряда … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ИНЖEКЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА — увеличение концентрации носителей заряда в полупроводнике (диэлектрике) в результате переноса носителей током из областей с повыш. концентрацией (металлич. контактов, гетеропереходов )под действием внеш. электрич. поля. И. н. з. приводит к… … Физическая энциклопедия

РАССЕЯНИЕ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА — в кристаллич. твёрдых телах процесс взаимодействия электрона проводимости (дырки) с нарушениями идеальной периодичности кристалла, сопровождающийся переходом электрона из состояния с импульсом p в состояние с импульсом Рассеяние наз. упругим,… … Физическая энциклопедия

ДИФФУЗИЯ НОСИТЕЛЕЙ — перемещение носителей заряда в полупроводниках, обусловленное неоднородностями их концентрации. В результате Д. н. в ПП возникает электрич. ток плотностью: j=eDngradrn eDpgradp, где е заряд эл на, n концентрация эл нов проводимости, р дырок, Dn,… … Физическая энциклопедия

АКУСТОЭЛЕКТРОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — (АЭВ), вз ствие УЗ волн (с частотой =107 1013 Гц) с эл нами проводимости в металлах и ПП; обусловлено изменением внутрикристаллического поля, при деформации решётки кристалла под действием распространяющейся УЗ волны. АЭВ явл. частным случаем… … Физическая энциклопедия

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Дрейф электронов не замкнут. В системе б плотность тока имеет все 3 компоненты с существенным преобладанием азимутальной компоненты; собственным магн. [2]

Дрейф электронов через коллекторный переход снижает их концентрацию в области базы, что создает направленную диффузию инжектируемого эмиттером потока электронов. Однако небольшая часть электронов, инжектированных эмиттером, все же успевает рекомбинировать в область базы. [3]

Дрейф электронов обусловливает электрический ток в среде. Перенос же тепла наблюдается и в отсутствие электрического тока. [4]

Дрейф электронов относительно ионов, хотя система и находится ниже порога линейной неустойчивости, обеспечивает свободную энергию для нелинейной неустойчивости. При помощи детальных измерений корреляций в фазовом пространстве ( х, v), возможных только в численном эксперименте, были обнаружены комки и провалы плотности. Как считают эти авторы, подобные явления, не описываемые в рамках теории возмущений, наводят на мысль о применимости стандартных пертурба-тивных процедур. [5]

Когда дрейф электронов в однородной металлической цепи происходит в том же направлении, в каком происходит распространение тепла, то в дополнение к теплу, обусловленному теплопроводностью, прибавляется ( или из него вычитается при противоположном дрейфе) тепло, переносимое электронами. [6]

Скорость дрейфа электронов в молекулярных газах не может быть вычислена на основании (4.21), считая х const, так как даже при наименьших значениях Х / р число неупругих столкновений довольно велико. [10]

Механизм дрейфа электронов проводимости в полупроводнике отличается от движения электронов в вакууме под действием силы электрического поля. В полупроводнике электроны проводимости, совершая тепловое хаотическое движение, испытывают столкновения с колеблющимися атомами кристаллической решетки, с атомами примесей и другими неоднородностями решетки. Столкновения не всегда носят упругий характер, например ионизированные атомы примеси могут захватывать электрон и высвобождать его через некоторый малый промежуток времени. [11]

Скорость дрейфа электронов VD в данном случае ( v 0) совпадает с ve, а р и Т вследствие малости параметра ЭГД-взаимодействия считаются заданными функциями. [12]

Скорость дрейфа электронов плазмы может оказаться значительно меньше скорости насыщения, если напряженность электрического поля в слое с плазмой успеет уменьшиться. [13]

Поэтому скорость дрейфа электронов зависит от их энергии. [15]

Источник

Что такое дрейф электронов

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику переноса вещества не происходит, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов. Идея таких опытов и первые качественные результаты (1913 г.) принадлежат русским физикам Л. И. Мандельштаму и Н. Д. Папалекси. В 1916 году американский физик Р. Толмен и шотландский физик Б. Стюарт усовершенствовали методику этих опытов и выполнили количественные измерения, неопровержимо доказавшие, что ток в металлических проводниках обусловлен движением электронов.

При торможении вращающейся катушки на каждый носитель заряда действует тормозящая сила которая играет роль сторонней силы, то есть силы неэлектрического происхождения. Сторонняя сила, отнесенная к единице заряда, по определению является напряженностью поля сторонних сил:

Здесь – мгновенное значение силы тока в катушке, – полное сопротивление цепи, υ₀ – начальная линейная скорость проволоки.

Отсюда удельный заряд свободных носителей тока в металлах равен:

Все величины, входящие в правую часть этого соотношения, можно измерить. На основании результатов опытов Толмена и Стюарта было установлено, что носители свободного заряда в металлах имеют отрицательный знак, а отношение заряда носителя к его массе близко к удельному заряду электрона, полученному из других опытов. Так было установлено, что носителями свободных зарядов в металлах являются электроны.

По современным данным модуль заряда электрона ( элементарный заряд ) равен

а его удельный заряд есть

Хорошая электропроводность металлов объясняется высокой концентрацией свободных электронов, равной по порядку величины числу атомов в единице объема.

Из-за взаимодействия с кристаллической решеткой потенциальная энергия выхода электрона внутри проводника оказывается меньше, чем при удалении электрона из проводника. Электроны в проводнике находятся в своеобразной «потенциальной яме», глубина которой и называется потенциальным барьером.

Как ионы, образующие решетку, так и электроны участвуют в тепловом движении. Ионы совершают тепловые колебания вблизи положений равновесия – узлов кристаллической решетки. Свободные электроны движутся хаотично и при своем движении сталкиваются с ионами решетки. В результате таких столкновений устанавливается термодинамическое равновесие между электронным газом и решеткой. Согласно теории Друде–Лоренца, электроны обладают такой же средней энергией теплового движения, как и молекулы одноатомного идеального газа. Это позволяет оценить среднюю скорость теплового движения электронов по формулам молекулярно-кинетической теории. При комнатной температуре она оказывается примерно равной 10 5 м/с.

При наложении внешнего электрического поля в металлическом проводнике кроме теплового движения электронов возникает их упорядоченное движение (дрейф), то есть электрический ток. Среднюю скорость дрейфа можно оценить из следующих соображений. За интервал времени Δ через поперечное сечение проводника пройдут все электроны, находившиеся в объеме

Число таких электронов равно где – средняя концентрация свободных электронов, примерно равная числу атомов в единице объема металлического проводника. Через сечение проводника за время Δ пройдет заряд Отсюда следует:

или

В классической электронной теории металлов предполагается, что движение электронов подчиняется законам механики Ньютона. В этой теории пренебрегают взаимодействием электронов между собой, а их взаимодействие с положительными ионами сводят только к соударениям. Предполагается также, что при каждом соударении электрон передает решетке всю накопленную в электрическом поле энергию и поэтому после соударения он начинает движение с нулевой дрейфовой скоростью.

Несмотря на то, что все эти допущения являются весьма приближенными, классическая электронная теория качественно объясняет законы электрического тока в металлических проводниках.

Закон Джоуля–Ленца. К концу свободного пробега электроны под действием поля приобретают кинетическую энергию

Согласно сделанным предположениям вся эта энергия при соударениях передается решетке и переходит в тепло.

За время Δ каждый электрон испытывает Δ соударений. В проводнике сечением и длины имеется электронов. Отсюда следует, что выделяемое в проводнике за время Δ тепло равно:

Это соотношение выражает закон Джоуля–Ленца.

Таким образом, классическая электронная теория объясняет существование электрического сопротивления металлов, законы Ома и Джоуля–Ленца. Однако в ряде вопросов классическая электронная теория приводит к выводам, находящимся в противоречии с опытом.

Эта теория не может, например, объяснить, почему молярная теплоемкость металлов, также как и молярная теплоемкость диэлектрических кристаллов, равна 3, где – универсальная газовая постоянная (закон Дюлонга и Пти, см. ч. I, § 3.10). Наличие свободных электронов на сказывается на величине теплоемкости металлов.

Классическая электронная теория не может также объяснить температурную зависимость удельного сопротивления металлов. Теория дает соотношение в то время как из эксперимента получается зависимость ρ

Вещества в сверхпроводящем состоянии обладают исключительными свойствами. Практически наиболее важным их них является способность длительное время (многие годы) поддерживать без затухания электрический ток, возбужденный в сверхпроводящей цепи.

Классическая электронная теория не способна объяснить явление сверхпроводимости. Объяснение механизма этого явления было дано только через 60 лет после его открытия на основе квантово-механических представлений.

В настоящее время ведутся интенсивные работы по поиску новых веществ с еще более высокими значениями _кр. Ученые надеятся получить вещество в сверхпроводящем состоянии при комнатной температуре. Если это произойдет, это будет настоящей революцией в науке, технике и вообще в жизни людей.

Следует отметить, что до настоящего времени механизм высокотемпературной сверхпроводимости керамических материалов до конца не выяснен.

Источник